EP3808142B1 - Procédé et système de géolocalisation d'un terminal d'un système de communication sans fil - Google Patents

Procédé et système de géolocalisation d'un terminal d'un système de communication sans fil Download PDF

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EP3808142B1
EP3808142B1 EP19742445.0A EP19742445A EP3808142B1 EP 3808142 B1 EP3808142 B1 EP 3808142B1 EP 19742445 A EP19742445 A EP 19742445A EP 3808142 B1 EP3808142 B1 EP 3808142B1
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EP
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terminal
geographical position
access network
lng
lat
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Loïc HUBERT
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Sigfox SA
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Sigfox SA
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Publication date
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    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/0009—Transmission of position information to remote stations
    • G01S5/0045—Transmission from base station to mobile station
    • G01S5/0054—Transmission from base station to mobile station of actual mobile position, i.e. position calculation on base station
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/38—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
    • G01S19/39—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system the satellite radio beacon positioning system transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/42—Determining position
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01S5/0036—Transmission from mobile station to base station of measured values, i.e. measurement on mobile and position calculation on base station
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W64/00—Locating users or terminals or network equipment for network management purposes, e.g. mobility management

Definitions

  • the present invention relates to a method and a system for geolocating a terminal of a wireless communication system.
  • the invention is particularly well suited to the context of the Internet of Objects in applications requiring geolocation.
  • the terminal can embed a positioning device enabling it to determine its geographical position.
  • the terminal can then send a message indicating this geographical position to an access network of the wireless communication system.
  • bit rates are by construction low, generally between a few tens of bits per second and a few kilobits per second.
  • automatic learning methods can make it possible to determine the geographical position of a terminal from a radio signature of the terminal at this position (these methods are known in the Anglo-Saxon literature under the term “fingerprinting ”).
  • the document US 2017/180928 A1 describes a computer and system implementation method for managing the location information of an electronic device sending an associated specific identification event.
  • the present invention aims to remedy all or part of the drawbacks of the prior art, in particular those set out above, by proposing a solution which makes it possible to determine the geographical position of a terminal of a wireless communication system. accurately while limiting the amount of information exchanged between the terminal and an access network of the communication system.
  • Such provisions make it possible to limit the size of the messages exchanged between the terminal and the access network. Indeed, only a truncated part of the information on the precise geographical position obtained by the terminal is transmitted to the access network by the terminal.
  • the access network is configured to determine the precise geographical position of the terminal by combining the truncated information received from the terminal with the approximate geographical position estimated by the access network.
  • the invention may also comprise one or more of the following characteristics, taken in isolation or in any technically possible combination.
  • the geographical position comprises a latitude and a longitude as geographical coordinates.
  • the access network is a low-power wireless wide area network.
  • Such an access network is known in Anglo-Saxon literature by the acronym LPWAN for “ Low Power Wide Area Network ”. Particularly well suited for "connected object" type applications, it allows data exchange over distances that can range from a few kilometers to several tens or even several hundreds of kilometers with speeds varying from a few tens of bits per second to a few hundreds of kilobits per second.
  • the present invention relates to a wireless communication system comprising a terminal and an access network according to any one of the preceding embodiments.
  • the present invention finds a particularly advantageous application, although in no way limiting, in wireless communication systems for the Internet of Things ("Internet of Things " or IoT in the Anglo-Saxon literature) or for applications of the M2M type ( Anglo-Saxon acronym for " Machine-to-Machine ").
  • bit rates are by construction low, generally less than a few hundred kilobits per second.
  • the bit rates are generally between a few tens of bits per second and a few kilobits per second.
  • ultra narrow band (“ Ultra Narrow Band ” or UNB in the Anglo-Saxon literature), it is meant that the instantaneous frequency spectrum of the radio signals transmitted by the terminals has a frequency width of less than one kilohertz.
  • the access network of such a communication system is a low-power wireless wide area network of the LPWAN type.
  • Such a limitation of the number of bits in the messages is also desired because the limitation of the duration of the messages exchanged leads to a reduction in the electrical consumption of the terminal since the terminal is in active mode for transmission or reception for a shorter period.
  • the figure 1 schematically represents a wireless communication system 60, for example of the UNB type, comprising several terminals 70 and an access network 80 comprising several base stations 81.
  • radioelectric signal is meant an electromagnetic wave propagating via non-wired means, the frequencies of which are included in the traditional spectrum of radioelectric waves (a few hertz to several hundred gigahertz).
  • each terminal 70 comprises, in a conventional manner, a communication module adapted to send a radio signal comprising a message intended for the access network 80, and to receive a radio signal comprising a message coming from the network of access 80.
  • each base station 81 of the access network 80 comprises, in a conventional manner, a communication module adapted to send a radio signal comprising a message intended for a terminal 70, and to receive a radio signal comprising a message from a terminal 70.
  • the terminals 70 are adapted to send uplink messages on an uplink intended for the access network 80.
  • the uplink messages are for example sent asynchronously.
  • transmitting asynchronously it is meant that the terminals 70 determine autonomously when they are transmitting, without coordination of said terminals 70 between themselves and with the base stations 81 of the access network 80.
  • Each base station 81 is adapted to receive the uplink messages from the terminals 70 which are within its range.
  • Each uplink message thus received is for example transmitted to a server 82 of the access network 80, possibly accompanied by other information such as an identifier of the base station 81 which received it, the measured power of said uplink message received, the date of reception of said uplink message, etc.
  • the server 82 for example processes all the uplink messages received from the different base stations 81.
  • the access network 80 is configured to be able to estimate an approximate geographical position of a terminal 70.
  • the server 82 comprises for example processing circuit comprising one or more processors and storage means (magnetic hard disk, electronic memory, optical disk, etc.) in which is stored a computer program product, under the form of a set of program code instructions to be executed to implement at least part of the steps of a geolocation method of a terminal 70 of the system 60 of wireless communication.
  • the server processing circuit 82 comprises one or more programmable logic circuits (FGPA, PLD, etc.), and/or one or more specialized integrated circuits (ASIC), and/or a set of discrete electronic components , etc., suitable for implementing said steps of the geolocation method.
  • the access network 80 can estimate the approximate geographical position of the terminal 70 as being the geographical position of a base station 81 which has received a message transmitted by the terminal 70. If several base stations 81 can receive a message transmitted by the terminal 70, it is also possible to estimate the approximate geographical position of the terminal 70 according to the geographical positions of all the base stations 81 which have received the message transmitted by the terminal 70 (for example by defining a barycenter of these geographical positions).
  • the access network 80 can estimate the distances that separate the terminal 70 from one or more base stations 81 by calculating the propagation time of a signal sent by the terminal 70 to the base stations 81 from the arrival times (TOA, “ Time Of Arrivai ”) or the time differences of arrival (TDOA, “ Time Difference Of Arrivai ”) of this signal at the different base stations 81. It is then then possible to estimate the position of the terminal 70 by multilateration if the geographical positions of the base stations 81 are known.
  • TOA Time Of Arrivai
  • TDOA Time Difference Of Arrivai
  • the position of the terminal 70 by multilateration by determining the distances which separate the terminal 70 from several base stations 81 from a received power level (RSSI, "Received Signal Strength Indicator ”) by each base station 81 for a message sent by the terminal 70 to the access network 80.
  • RSSI received Power level
  • This method is based on the fact that a radio signal is attenuated in a known manner in the atmosphere, and that the level of power received for a message carried by a signal therefore also varies in a known manner as a function of the distance which separates the receiver and the transmitter of the signal.
  • the method for estimating an approximate geographical position of the terminal 70 by the access network 80 can be based on automatic learning techniques (“ Machine Learning” in the Anglo-Saxon literature) which combine a “ fingerprint” at a position of the geographical area considered.
  • automatic learning techniques (“ Machine Learning” in the Anglo-Saxon literature) which combine a “ fingerprint” at a position of the geographical area considered.
  • Such a method is based on the assumption that a power level received by a base station 81 for a message transmitted by the terminal 70 located at a given position is stable over time. Concretely, it is a question of building during a first phase of calibration, a database which associates with known geographical positions a "radio signature" corresponding to all the RSSI levels measured for a terminal 70 at the position considered for a set of base stations 81 of the system 60.
  • a radio signature observed for the terminal 70 whose position is to be estimated is compared with all the signatures of the database in order to estimate the geographical position of the terminal 70 from the geographical position(s) corresponding to the signature(s) most similar to the radio signature observed.
  • the precision of the approximate geographical position estimated by the access network 80 is however sometimes insufficient for certain applications.
  • the terminal 70 embeds a positioning device making it possible to obtain a precise geographical position of the terminal 70.
  • GNSS system for “ Global Navigation Satellite System ”
  • GPS receiver Global Positioning System
  • the precision of the geographical position obtained by the terminal 70 from the positioning device is better than the precision of the approximate geographical position estimated by the access network 80. This means that the distance between the exact geographical position of the terminal 70 and the geographical position obtained by the positioning device is generally less than the distance between the exact geographical position of the terminal 70 and the approximate geographical position estimated by the access network 80.
  • the geographical position of the terminal 70 comprises a latitude and a longitude as geographical coordinates.
  • the 23 data bits achieve a granularity of about 1.07 ⁇ 10 -5 degrees of arc per unit. Knowing that the distance to the surface of the terrestrial globe corresponding to one degree of arc is approximately 110 km, the use of 24 bits to encode a latitude value makes it possible to define a latitude with a precision of the order of 1 2 meters above the surface of the globe.
  • the 23 data bits allow a granularity of about 2.15 ⁇ 10 -5 degrees of arc per unit.
  • the use of 24 bits to encode a longitude value makes it possible to define a longitude with an accuracy of the order of 2.4 meters at the level of the surface of the terrestrial globe.
  • a geographical position comprising a latitude and a longitude each encoded on 24 bits makes it possible to obtain sufficient precision for a large number of applications. However, this corresponds to six bytes of data, which represents a significant size for a message which would contain this information, in particular for applications of the loT type where one seeks to limit as much as possible the size of a message exchanged between a terminal 70 and access network 80.
  • One objective of the geolocation method according to the invention is to reduce the size of the data transmitted by the terminal 70 concerning its geographical position while allowing the access network 80 to determine the geographical position of the terminal 70 with an accuracy equivalent to that offered by the positioning device embedded in the terminal 70.
  • the figure 2 schematically represents the main steps of a geolocation method 10 according to the invention.
  • Certain steps of the geolocation method 10 are implemented by the access network 80 (for example by the server 82 of the access network 80), other steps of the geolocation method 10 are implemented by the terminal 70 .
  • the terminal 70 comprises for example a processing circuit comprising one or more processors and storage means (magnetic hard disk, electronic memory, optical disk, etc.) in which is stored a computer program product, under the form of a set of program code instructions to be executed to implement a at least part of the steps of the geolocation method 10 according to the invention.
  • the processing circuit of the terminal 70 comprises one or more programmable logic circuits (FGPA, PLD, etc.), and/or one or more specialized integrated circuits (ASIC), and/or a set of discrete electronic components , etc., suitable for implementing said steps of the geolocation method.
  • FGPA programmable logic circuits
  • PLD programmable logic circuits
  • ASIC specialized integrated circuits
  • a first step of the geolocation method 10 comprises a calculation 11 by the terminal 70 of truncated information of a precise geographical position of the terminal 70, obtained by the positioning device of said terminal 70, by breaking down said precise geographical position into a first part and a second part, the first part varying less quickly than the second part during movement of the terminal 70.
  • the truncated information is representative of the second part of the precise geographical position of the terminal 70.
  • a second step of the geolocation method 10 comprises a transmission 12 by the terminal 70 of the truncated information in a message intended for the access network 80.
  • a third step of the geolocation method 10 comprises an estimation 13 of an approximate geographical position of the terminal 70 by the access network, for example by using one of the methods mentioned above.
  • a fourth step of the geolocation method 10 includes an extraction 14 by the access network 80 of the truncated information from the message received from the terminal 70.
  • a fifth step of the geolocation method 10 comprises a determination 15 by the access network 80 of the precise geographic position of the terminal 70 from the truncated information and the approximate geographic position.
  • the number n 1 thus corresponds to the value encoded by the n least significant bits of the latitude Lat 1 of the precise geographical position of the terminal 70, while the number N 1 corresponds to the value encoded by the (Nn) significant bits fort latitude Lat 1 of the precise geographical position of terminal 70.
  • the number m 1 thus corresponds to the value encoded by the m least significant bits of the longitude Lng 1 of the precise geographical position of the terminal 70, while the number M 1 corresponds to the value encoded by the (Mm) most significant bits fort of longitude Lng 1 from the precise geographical position of terminal 70.
  • the truncated information comprises the n least significant bits of the latitude Lat 1 and the m least significant bits of the longitude Lng 1 of the precise geographical position obtained by the terminal 70.
  • the terminal 70 moves for example between a first latitude of value N 1 ⁇ 2 4 up to a second latitude of value (N 1 + 1) ⁇ 2 4 , the number n 1 successively takes the values zero to fifteen.
  • the access network 80 can determine the precise geographical position of the terminal 70 by using on the one hand the values n 1 and m 1 determined from the truncated information extracted from the message received from the terminal 70, and on the other hand the values N 2 and M 2 determined from the approximate geographical position of the terminal 70 estimated by the access network 80.
  • the access network 80 can determine the precise geographical position ( Lat 1 , Lng 1 ) of the terminal 70 on the one hand from the truncated information transmitted by the terminal 70 and on the other hand from the position approximate geographical location of the terminal 70 estimated by the access network 80.
  • the access network 80 it is thus possible for the access network 80 to obtain a precise geographic position of the terminal 70 without the terminal 70 having to transmit this entire geographic position. It is thus possible to limit the size of the message containing the information on the geographic position of the terminal 70 without reducing the precision of the geolocation. This then makes it possible to optimize the capacity of the network as well as the electrical consumption of the terminal 70.
  • n and m can be chosen according to the precision of the approximate geographical position estimated by the access network 80 and the precision of the precise geographical position obtained by the terminal 70, so that the formulas (1) and ( 2) are verified.
  • the latitude Lat 1 and longitude Lng 1 of the precise geographical position obtained by the terminal 70, and the latitude Lat 2 and longitude Lng 2 of the approximate geographical position estimated by the access network 80 are necessarily such that: Lat 1 ⁇ Lat 2 ⁇ 100 + 5 ⁇ 2 23 ⁇ 1 110 000 ⁇ 90 ⁇ 89.0 lng 1 ⁇ lng 2 ⁇ 100 + 5 ⁇ 2 23 ⁇ 1 110 000 ⁇ 180 ⁇ 44.5
  • n 1 and m 1 correspond respectively to the values encoded by the n least significant bits of the latitude Lat 1 and the m least significant bits of the longitude Lng 1 of the precise geographical position obtained by terminal 70.
  • the method 10 then comprises a transmission 12 by the terminal 70 of the truncated information in a message intended for the access network 80.
  • the n least significant bits of the latitude Lat 1 and the m least significant bits of the longitude Lng 1 of the precise geographical position obtained by the terminal 70 are thus included in a message sent to the access network 80.
  • the method 10 then includes an estimation 13 of an approximate geographical position of the terminal 70 by the access network.
  • the method 10 then includes an extraction 14 by the access network 80, from the message received from the terminal 70, of the truncated information.
  • the geolocation method 10 makes it possible to reduce the size of the data sent by the terminal 70 to the access network 80 (only 16 bits transmitted instead of 48 bits) while maintaining geolocation precision. equivalent.
  • Another advantage of the geolocation method 10 according to the invention is that it adds confidentiality to the data transmitted insofar as the truncated information transmitted in a message by the terminal 70 intended for the access network 80 does not is not sufficient to determine on its own the position of the terminal 70. Thus, if the message were intercepted by a malicious entity, the latter would not be able to determine the position of the terminal 70 from the content of the intercepted message.
  • the geographical position of the terminal 70 includes a region identifier and a zone identifier.
  • the figure 5 schematically represents a grid of a geographical territory in different regions R1 to R4 and different zones Z1 to Z9.
  • the territory is first of all divided into different regions R1 to R4 in the shape of a square.
  • the various regions R1 to R4 all have the same dimensions.
  • Each region is then divided into different zones Z1 to Z9. They are also square-shaped and all have the same dimensions.
  • the various zones Z1 to Z4 are numbered according to an identical scheme in each region R1 to R4.
  • each region R1 to R4 has nine areas Z1 to Z9. It would of course be possible to use a greater number of regions and/or a greater number of zones and/or different forms of zone and/or region.
  • the terminal 70 has a positioning device which makes it possible to determine in which region R1 to R4 and in which zone Z1 to Z9 of this region the terminal 70 is located.
  • the terminal 70 is located at the exact geographical position P in the zone R3/Z6, and the precision of the device for positioning the terminal 70 is such that the precise geographical position said terminal 70 obtained by the positioning device is inside the circle C1.
  • the precise geographical position obtained by the terminal 70 is therefore either R3/Z3 or R3/Z6.
  • the precision of the estimate of the approximate geographical position of the terminal 70 by the access network 80 is such that it is inside the circle C2.
  • the approximate geographical position obtained by the terminal 70 is therefore one of R3/Z2, R3/Z3, R4/Z1, R3/Z5, R3/Z6, R4/Z4 or R3/Z9.
  • Each region R1 to R4 and each zone Z1 to Z9 has for example an identifier.
  • Each region identifier R1 to R4 is unique, and each identifier of a zone Z1 to Z9 is unique within the same region R1 to R4.
  • a geographical position can be broken down into two parts: a region identifier and an area identifier.
  • the zone identifier varies more rapidly than the region identifier.
  • the truncated information calculated by the terminal 70 corresponds to the zone identifier. This truncated information is transmitted in a message intended for the access network 80.
  • the access network 80 is then able to determine which region R1 to R4 and which zone Z1 to Z9 of this region correspond to the precise geographical position obtained by the terminal 70 on the one hand from the truncated information transmitted by the terminal 70 and on the other hand from the approximate geographical position estimated by the access network 80.
  • the accuracy of the approximate geographical position estimated by the access network 80 be such that the circle C2 has a radius less than one side of a zone Z1 to Z9, such so that the circle C2 cannot include two portions of zone Z1 to Z9 having the same identifier.
  • the access network 80 can then determine the precise geographical position of the terminal 70 as being the zone Z1 to Z9 closest to the approximate position estimated by the access network 80 which has the same zone identifier as that corresponding to the zone Z1 to Z9. truncated information transmitted by the terminal 70.
  • the access network 80 is able to determine a precise geographical position of the terminal 70 from truncated information transmitted by the terminal 70 and from an approximate geographical position of the terminal 70 estimated by the access network 80 .
  • the present invention achieves the set objectives.
  • it makes it possible to determine the geographical position of a terminal 70 of a wireless communication system 60 in a precise manner while limiting the quantity of information exchanged between the terminal 70 and an access network 80 of said system 60 Communication.
  • the invention applies particularly well to wireless communication systems of the IoT type for applications requiring geolocation.
  • the invention can nevertheless be applied to other types of wireless communication systems for which it can be advantageous to limit the size of the data transmitted by a terminal which are necessary for the system to geolocate it with sufficient precision.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Description

    DOMAINE TECHNIQUE
  • La présente invention concerne un procédé et un système de géolocalisation d'un terminal d'un système de communication sans fil. L'invention est particulièrement bien adaptée au contexte de l'Internet des Objets dans les applications nécessitant de la géolocalisation.
    • ÉTAT DE LA TECHNIQUE
  • Il existe actuellement de nombreuses solutions permettant de déterminer la position géographique d'un terminal d'un système de communication sans fil.
  • Par exemple, le terminal peut embarquer un dispositif de positionnement lui permettant de déterminer sa position géographique. Le terminal peut alors émettre un message indiquant cette position géographique à destination d'un réseau d'accès du système de communication sans fil.
  • Une telle solution présente toutefois l'inconvénient que la transmission de l'information sur la position géographique au réseau d'accès peut être coûteuse en termes de taille de données (nombre de bits utilisés pour encoder cette information). En effet, dans des systèmes de communication sans fil à bas débit et faible consommation électrique pour l'Internet des Objets, les débits binaires sont par construction faibles, généralement compris entre quelques dizaines de bits par seconde et quelques kilobits par seconde. Dans de tels systèmes, il est nécessaire de limiter le nombre de bits dans les messages échangés entre un terminal et le réseau d'accès dans le but de réduire d'une part la durée d'occupation de la bande fréquentielle utilisée afin de préserver les ressources radio du système, et d'autre part la durée d'émission d'un message afin de limiter la consommation électrique du terminal.
  • D'autres solutions reposent sur des méthodes implémentées au niveau du réseau d'accès pour estimer la position géographique d'un terminal.
  • Il s'agit par exemple des méthodes de multilatération basée sur des mesures de temps de propagation d'un signal radio échangé entre le terminal et une ou plusieurs stations de base du réseau d'accès (méthodes de type TOA pour l'acronyme anglais de « Time Of Arrival », ou de type TDOA pour l'acronyme anglais « Time Difference Of Arrival »).
  • D'autres méthodes connues de multilatération se basent sur un niveau de puissance reçue (ou RSSI pour « Received Signal Strength Indicator » en anglais) pour un signal radio échangé entre le terminal et le réseau d'accès.
  • Il est également connu de déterminer la position géographique du terminal à partir de la position géographique d'une ou plusieurs stations de base sous la couverture desquelles se trouve le terminal.
  • Selon encore un autre exemple, des méthodes d'apprentissage automatique peuvent permettre de déterminer la position géographique d'un terminal à partir d'une signature radio du terminal à cette position (ces méthodes sont connues dans la littérature anglo-saxonne sous le terme de « fingerprinting »). Le document US 2017/180928 A1 décrit une méthode d'implémentation de l'ordinateur et du système pour gérer les informations de localisation d'un appareil électronique envoyant un événement d'identification spécifique associé.
  • Ces méthodes d'estimation de la position géographique d'un terminal par le réseau d'accès sont néanmoins souvent imprécises. La précision de la position géographique du terminal estimée par le réseau d'accès est en effet généralement moins bonne que la précision de la position géographique que peut obtenir le terminal via le dispositif de positionnement qu'il embarque.
    • EXPOSÉ DE L'INVENTION
  • La présente invention a pour objectif de remédier à tout ou partie des inconvénients de l'art antérieur, notamment ceux exposés ci-avant, en proposant une solution qui permette de déterminer la position géographique d'un terminal d'un système de communication sans fil de manière précise tout en limitant la quantité d'information échangée entre le terminal et un réseau d'accès du système de communication.
  • A cet effet, et selon un premier aspect, il est proposé par la présente invention, un procédé de géolocalisation d'un terminal d'un système de communication sans fil. Le système de communication sans fil comprend un réseau d'accès configuré pour estimer une position géographique approximative dudit terminal. Le terminal comprend un dispositif de positionnement permettant d'obtenir une position géographique précise du terminal dont la précision est meilleure que la précision de la position géographique approximative estimée par le réseau d'accès. Le procédé comporte les étapes suivantes :
    • un calcul par le terminal d'une information tronquée de la position géographique précise en décomposant ladite position géographique précise en une première partie et une seconde partie, la première partie variant moins vite que la seconde partie lors d'un déplacement du terminal, l'information tronquée étant représentative de la seconde partie de la position géographique précise,
    • une émission par le terminal de l'information tronquée dans un message à destination du réseau d'accès,
    • une estimation de la position géographique approximative du terminal par le réseau d'accès,
    • une extraction par le réseau d'accès de l'information tronquée à partir du message reçu en provenance du terminal,
    • une détermination par le réseau d'accès de la position géographique précise du terminal à partir de l'information tronquée et de la position géographique approximative.
  • De telles dispositions permettent de limiter la taille des messages échangés entre le terminal et le réseau d'accès. En effet, seule une partie tronquée de l'information sur la position géographique précise obtenue par le terminal est transmise au réseau d'accès par le terminal. Le réseau d'accès est configuré pour déterminer la position géographique précise du terminal en combinant l'information tronquée reçue du terminal avec la position géographique approximative estimée par le réseau d'accès.
  • Dans des modes particuliers de mise en œuvre, l'invention peut comporter en outre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles.
  • Dans des modes particuliers de mise en œuvre, la position géographique comprend une latitude et une longitude en tant que coordonnées géographiques.
  • Dans des modes particuliers de mise en œuvre :
    • la latitude et la longitude correspondent chacune à une valeur encodée respectivement sur N et M bits,
    • la latitude Lat1 et la longitude Lng1 de la position géographique précise obtenue par le terminal s'écrivent sous la forme : Lat 1 = N 1 × 2 n + n 1
      Figure imgb0001
       Lng 1 = M 1 × 2 m + m 1
      Figure imgb0002
       où N1, n1, n, M1, m1 et m sont des nombres entiers positifs, n1 et m1 correspondant respectivement aux n bits de poids faible de la latitude Lat1 et aux m bits de poids faible de la longitude Lng1 de la position géographique précise obtenue par le terminal,
    • la latitude Lat2 et la longitude Lng2 de la position géographique approximative estimée par le réseau d'accès s'écrivent sous la forme : Lat 2 = N 2 × 2 n + n 2
      Figure imgb0003
       Lng 2 = M 2 × 2 m + m 2
      Figure imgb0004
       où N2, n2, M 2 et m2 sont des nombres entiers positifs, n2 et m2 correspondant respectivement aux n bits de poids faible de la latitude Lat2 et aux m bits de poids faible de la longitude Lng2 de la position géographique approximative estimée par le réseau d'accès,
    • l'information tronquée comporte les n bits de poids faible de la latitude Lat1 et les m bits de poids faible de la longitude Lng1 de la position géographique précise obtenue par le terminal,
    • la détermination par le réseau d'accès de la position géographique précise du terminal à partir de l'information tronquée et de la position géographique approximative comprend :
      • ∘ une détermination de la latitude Lat1 en fonction de N2 et de n1,
      • ∘ une détermination de la longitude Lng1 en fonction de M2 et de m1.
  • Dans des modes particuliers de mise en œuvre :
    • les nombres n et m sont choisis de sorte que la précision de la position géographique approximative estimée par le réseau d'accès est telle que quelle que soit la position géographique du terminal les formules suivantes sont vérifiées : Lat 1 − Lat 2 < 2 n − 1
      Figure imgb0005
       Lng 1 − Lng 2 < 2 m − 1
      Figure imgb0006
    • la détermination par le réseau d'accès de la position géographique précise du terminal à partir de l'information tronquée et de la position géographique approximative comprend :
      • o une détermination de la latitude Lat1 selon : Lat 1 = { N 2 + 1 × 2 n + n 1 si n 1 − n 2 ≤ − 1 × 2 n − 1 N 2 − 1 × 2 n + n 1 si n 1 − n 2 ≥ 2 n − 1 N 2 × 2 n + n 1 sinon
        Figure imgb0007
      • ∘ une détermination de la longitude Lng1 selon : Lng 1 = { M 2 + 1 × 2 m + m 1 si m 1 − m 2 ≤ − 1 × 2 m − 1 M 2 − 1 × 2 m + m 1 si m 1 − m 2 ≥ 2 m − 1 M 2 × 2 m + m 1 sinon
        Figure imgb0008
  • Dans des modes particuliers de mise en œuvre, l'estimation de la position géographique approximative par le réseau d'accès est obtenue par une des méthodes suivantes :
    • une méthode de multilatération basée sur le temps de propagation d'un signal radio échangé entre le terminal et le réseau d'accès,
    • une méthode de multilatération basée sur un niveau de puissance reçue pour un signal radio échangé entre le terminal et le réseau d'accès,
    • une détermination de la position géographique du terminal à partir de la position géographique d'une ou plusieurs stations de base sous la couverture desquelles se trouve le terminal,
    • une méthode d'apprentissage automatique permettant d'associer une signature radio à une position géographique.
  • Dans des modes particuliers de mise en œuvre, le réseau d'accès est un réseau étendu sans fil basse consommation.
  • Un tel réseau d'accès est connu dans la littérature anglo-saxonne sous l'acronyme LPWAN pour « Low Power Wide Area Network ». Particulièrement bien adapté pour les applications de type « objets connectés », il permet des échanges de données sur des distances pouvant aller de quelques kilomètres à plusieurs dizaines voire plusieurs centaines de kilomètres avec des débits variant de quelques dizaines de bits par seconde jusqu'à quelques centaines de kilobits par seconde.
  • Selon un deuxième aspect, la présente invention concerne un terminal d'un système de communication sans fil comportant un dispositif de positionnement permettant d'obtenir une position géographique précise du terminal, le terminal étant configuré pour :
    • calculer une information tronquée de la position géographique précise en décomposant ladite position géographique précise en une première partie et une seconde partie, la première partie variant moins vite que la seconde partie lors d'un déplacement du terminal, l'information tronquée étant représentative de la seconde partie de la position géographique précise,
    • émettre l'information tronquée dans un message à destination d'un réseau d'accès du système de communication sans fil.
  • Selon un troisième aspect, la présente invention concerne un réseau d'accès d'un système de communication sans fil. Le système de communication sans fil comprend un terminal selon l'un quelconque des modes de réalisation précédents, et le réseau d'accès est configuré pour :
    • estimer une position géographique approximative du terminal,
    • extraire l'information tronquée à partir du message reçu en provenance du terminal,
    • déterminer la position géographique précise du terminal à partir de l'information tronquée et de la position géographique approximative.
  • Selon un quatrième aspect, la présente invention concerne un système de communication sans fil comprenant un terminal et un réseau d'accès selon l'un quelconques des modes de réalisation précédent.
    • PRÉSENTATION DES FIGURES
  • L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple nullement limitatif, et faite en se référant aux figures 1 à 5 qui représentent :
    • Figure 1 : une représentation schématique d'un système de communication sans fil,
    • Figure 2 : une représentation schématique des principales étapes d'un procédé de géolocalisation selon l'invention,
    • Figures 3 et 4 : des représentations schématiques d'une latitude d'une position géographique d'un terminal,
    • Figure 5 : une représentation schématique d'une position géographique d'un terminal dans un territoire quadrillé en différentes régions et différentes zones.
  • Dans ces figures, des références identiques d'une figure à une autre désignent des éléments identiques ou analogues. Pour des raisons de clarté, les éléments représentés ne sont pas nécessairement à une même échelle, sauf mention contraire.
    • DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE MODES DE RÉALISATION
  • La présente invention trouve une application particulièrement avantageuse, bien que nullement limitative, dans les systèmes de communication sans fil pour l'Internet des Objets (« Internet of Things » ou IoT dans la littérature anglo-saxonne) ou pour des applications du type M2M (acronyme anglo-saxon pour « Machine-to-Machine »).
  • Dans un tel système de communication sans fil, les débits binaires sont par construction faibles, généralement inférieurs à quelques centaines de kilobits par seconde.
  • En particulier, dans des systèmes de communication sans fil à bande ultra étroite, les débits binaires sont généralement compris entre quelques dizaines de bits par seconde et quelques kilobits par seconde. Par « bande ultra étroite » (« Ultra Narrow Band » ou UNB dans la littérature anglo-saxonne), on entend que le spectre fréquentiel instantané des signaux radioélectriques émis par les terminaux est de largeur fréquentielle inférieure à un kilohertz. Le réseau d'accès d'un tel système de communication est un réseau étendu sans fil à basse consommation de type LPWAN.
  • Pour optimiser la capacité du réseau, il est avantageux de limiter le nombre de bits dans les messages échangés entre les terminaux et le réseau d'accès, car cela permet de réduire la durée des messages, et par conséquent de réduire la durée d'occupation de la bande fréquentielle utilisée pour échanger des données entre les terminaux et le réseau d'accès.
  • Une telle limitation du nombre de bits dans les messages est également souhaitée du fait que la limitation de la durée des messages échangés entraîne une réduction de la consommation électrique du terminal puisque le terminal est en mode actif pour une émission ou une réception moins longtemps.
  • La figure 1 représente schématiquement un système 60 de communication sans fil, par exemple de type UNB, comportant plusieurs terminaux 70 et un réseau d'accès 80 comportant plusieurs stations de base 81.
  • Les terminaux 70 et les stations de base 81 du réseau d'accès 80 échangent des données sous la forme de signaux radioélectriques. Par « signal radioélectrique », on entend une onde électromagnétique se propageant via des moyens non filaires, dont les fréquences sont comprises dans le spectre traditionnel des ondes radioélectriques (quelques hertz à plusieurs centaines de gigahertz).
  • A cette fin, chaque terminal 70 comporte, de manière conventionnelle, un module de communication adapté pour envoyer un signal radio comportant un message à destination du réseau d'accès 80, et pour recevoir un signal radio comportant un message en provenance du réseau d'accès 80.
  • De manière similaire, chaque station de base 81 du réseau d'accès 80 comporte, de manière conventionnelle, un module de communication adapté pour envoyer un signal radio comportant un message à destination d'un terminal 70, et pour recevoir un signal radio comportant un message en provenance d'un terminal 70.
  • Les terminaux 70 sont adaptés à émettre des messages montants sur un lien montant à destination du réseau d'accès 80. Les messages montants sont par exemple émis de façon asynchrone. Par « émettre de façon asynchrone », on entend que les terminaux 70 déterminent de manière autonome quand ils émettent, sans coordination desdits terminaux 70 entre eux et avec les stations de base 81 du réseau d'accès 80.
  • Chaque station de base 81 est adaptée à recevoir les messages montants des terminaux 70 qui se trouvent à sa portée. Chaque message montant ainsi reçu est par exemple transmis à un serveur 82 du réseau d'accès 80, éventuellement accompagné d'autres informations comme un identifiant de la station de base 81 qui l'a reçu, la puissance mesurée dudit message montant reçu, la date de réception dudit message montant, etc. Le serveur 82 traite par exemple l'ensemble des messages montants reçus des différentes stations de base 81.
  • Dans l'exemple considéré, le réseau d'accès 80 est configuré pour pouvoir estimer une position géographique approximative d'un terminal 70.
  • L'estimation de la position géographique approximative du terminal 70 est par exemple mise en œuvre par le serveur 82 du réseau d'accès. A cette fin, le serveur 82 comporte par exemple circuit de traitement comportant un ou plusieurs processeurs et des moyens de mémorisation (disque dur magnétique, mémoire électronique, disque optique, etc.) dans lesquels est mémorisé un produit programme d'ordinateur, sous la forme d'un ensemble d'instructions de code de programme à exécuter pour mettre en œuvre une partie au moins des étapes d'un procédé de géolocalisation d'un terminal 70 du système 60 de communication sans fil. Alternativement ou en complément, le circuit de traitement du serveur 82 comporte un ou des circuits logiques programmables (FGPA, PLD, etc.), et/ou un ou des circuits intégrés spécialisés (ASIC), et/ou un ensemble de composants électroniques discrets, etc., adaptés à mettre en œuvre lesdites étapes du procédé de géolocalisation.
  • Dans ce but, plusieurs méthodes sont connues. Par exemple, le réseau d'accès 80 peut estimer la position géographique approximative du terminal 70 comme étant la position géographique d'une station de base 81 qui a reçu un message émis par le terminal 70. Si plusieurs stations de base 81 peuvent recevoir un message émis par le terminal 70, il est également envisageable d'estimer la position géographique approximative du terminal 70 en fonction des positions géographiques de toutes les stations de base 81 qui ont reçu le message émis par le terminal 70 (par exemple en définissant un barycentre de ces positions géographiques).
  • Selon un autre exemple, le réseau d'accès 80 peut estimer les distances qui séparent le terminal 70 d'une ou plusieurs stations de base 81 en calculant le temps de propagation d'un signal émis par le terminal 70 à destination des stations de base 81 à partir des temps d'arrivée (TOA, « Time Of Arrivai ») ou des différences de temps d'arrivée (TDOA, « Time Différence Of Arrivai ») de ce signal au niveau des différentes stations de base 81. Il est alors ensuite possible d'estimer la position du terminal 70 par multilatération si les positions géographiques des stations de base 81 sont connues.
  • Selon un autre exemple, il est possible d'estimer la position du terminal 70 par multilatération en déterminant les distances qui séparent le terminal 70 de plusieurs stations de base 81 à partir d'un niveau de puissance reçue (RSSI, « Received Signal Strength Indicator ») par chaque station de base 81 pour un message émis par le terminal 70 à destination du réseau d'accès 80. Cette méthode repose sur le fait qu'un signal radio est atténué de manière connue dans l'atmosphère, et que le niveau de puissance reçue pour un message transporté par un signal varie donc lui aussi de manière connue en fonction de la distance qui sépare le récepteur et l'émetteur du signal.
  • Selon encore un autre exemple, la méthode d'estimation d'une position géographique approximative du terminal 70 par le réseau d'accès 80 peut reposer sur des techniques d'apprentissage automatique (« Machine Learning » dans la littérature anglo-saxonne) qui associent une empreinte (« fingerprint ») à une position de la zone géographique considérée. Une telle méthode se base sur l'hypothèse qu'un niveau de puissance reçue par une station de base 81 pour un message émis par le terminal 70 située à une position donnée est stable dans le temps. Concrètement, il s'agit de construire pendant une première phase de calibration, une base de données qui associe à des positions géographiques connues une « signature radio » correspondant à l'ensemble des niveaux RSSI mesurés pour un terminal 70 à la position considérée pour un ensemble de stations de base 81 du système 60. Ensuite, pendant une phase de recherche, une signature radio observée pour le terminal 70 dont on cherche à estimer la position est comparée à l'ensemble des signatures de la base de données afin d'estimer la position géographique du terminal 70 à partir de la (ou des) position(s) géographiques correspondant à la (aux) signature(s) la (les) plus ressemblante(s) à la signature radio observée.
  • La précision de la position géographique approximative estimée par le réseau d'accès 80 est cependant parfois insuffisante pour certaines applications.
  • Dans l'exemple considéré, le terminal 70 embarque un dispositif de positionnement permettant d'obtenir une position géographique précise du terminal 70.
  • Il s'agit par exemple d'un système de positionnement par satellites (système GNSS pour « Global Navigation Satellite System ») tel qu'un récepteur GPS (« Global Positioning System »).
  • La précision de la position géographique obtenue par le terminal 70 à partir du dispositif de positionnement est meilleure que la précision de la position géographique approximative estimée par le réseau d'accès 80. On en entend par là que la distance entre la position géographique exacte du terminal 70 et la position géographique obtenue par le dispositif de positionnement est généralement inférieure à la distance entre la position géographique exacte du terminal 70 et la position géographique approximative estimée par le réseau d'accès 80.
  • Dans un premier mode de mise en œuvre, la position géographique du terminal 70 comprend une latitude et une longitude en tant que coordonnées géographique.
  • A titre d'exemple nullement limitatif, la latitude et la longitude d'une position géographique sont encodées sur 24 bits (N = M = 24). Le bit de poids fort correspond à un bit de signe tandis que les 23 bits de poids faible correspondent à des bits de données encodant des valeurs comprises entre 0 et 223 - 1 = 8 388 607.
  • Pour passer à une valeur standard de latitude comprise dans un intervalle ]-90°; 90°], il convient de noter que les 23 bits de donnée permettent d'obtenir une granularité d'environ 1,07 × 10-5 degrés d'arc par unité. Sachant que la distance à la surface du globe terrestre correspondant à un degré d'arc est d'environ 110 kms, l'utilisation de 24 bits pour encoder une valeur de latitude permet de définir une latitude avec une précision de l'ordre de 1,2 mètres au niveau de la surface du globe terrestre.
  • De même, pour passer à une valeur standard de longitude comprise dans un intervalle ]-180°; 180°] il convient de noter que les 23 bits de donnée permettent d'obtenir une granularité d'environ 2,15 × 10-5 degrés d'arc par unité. L'utilisation de 24 bits pour encoder une valeur de longitude permet de définir une longitude avec une précision de l'ordre de 2,4 mètres au niveau de la surface du globe terrestre.
  • A titre de comparaison :
    • si la longitude était encodée sur 16 bits avec un bit de signe et 15 bits de données, alors la granularité serait de 5,5 × 10-3 degrés d'arc par unité, ce qui permettrait d'obtenir une précision de l'ordre de 604,3 mètres,
    • si la longitude était encodée sur 8 bits avec un bit de signe et 7 bits de données, alors la granularité serait de 1,42 degrés d'arc par unité, ce qui permettrait d'obtenir une précision de l'ordre de 156 kilomètres,
    • si la longitude était encodée sur 32 bits avec un bit de signe et 31 bits de données, alors la granularité serait de 8,4 × 10-8 degrés d'arc par unité, ce qui permettrait d'obtenir une précision de l'ordre de un centimètre.
  • Une position géographique comportant une latitude et une longitude encodées chacune sur 24 bits permet d'obtenir une précision suffisante pour un grand nombre d'applications. Cela correspond cependant à six octets de données, ce qui représente une taille significative pour un message qui contiendrait cette information, notamment pour des applications de type loT où l'on cherche à limiter au maximum la taille d'un message échangé entre un terminal 70 et le réseau d'accès 80.
  • Un objectif du procédé de géolocalisation selon l'invention est de réduire la taille des données émises par le terminal 70 concernant sa position géographique tout en permettant au réseau d'accès 80 de déterminer la position géographique du terminal 70 avec une précision équivalente à celle offerte par le dispositif de positionnement embarqué dans le terminal 70.
  • La figure 2 représente schématiquement les principales étapes d'un procédé 10 de géolocalisation selon l'invention.
  • Certaines étapes du procédé 10 de géolocalisation sont mises en œuvre par le réseau d'accès 80 (par exemple par le serveur 82 du réseau d'accès 80), d'autres étapes du procédé 10 de géolocalisation sont mises en œuvre par le terminal 70.
  • A cette fin, le terminal 70 comporte par exemple un circuit de traitement comportant un ou plusieurs processeurs et des moyens de mémorisation (disque dur magnétique, mémoire électronique, disque optique, etc.) dans lesquels est mémorisé un produit programme d'ordinateur, sous la forme d'un ensemble d'instructions de code de programme à exécuter pour mettre en œuvre une partie au moins des étapes du procédé 10 de géolocalisation selon l'invention. Alternativement ou en complément, le circuit de traitement du terminal 70 comporte un ou des circuits logiques programmables (FGPA, PLD, etc.), et/ou un ou des circuits intégrés spécialisés (ASIC), et/ou un ensemble de composants électroniques discrets, etc., adaptés à mettre en œuvre lesdites étapes du procédé de géolocalisation.
  • Une première étape du procédé 10 de géolocalisation comporte un calcul 11 par le terminal 70 d'une information tronquée d'une position géographique précise du terminal 70, obtenue par le dispositif de positionnement dudit terminal 70, en décomposant ladite position géographique précise en une première partie et une seconde partie, la première partie variant moins vite que la seconde partie lors d'un déplacement du terminal 70. L'information tronquée est représentative de la seconde partie de la position géographique précise du terminal 70.
  • Une deuxième étape du procédé 10 de géolocalisation comporte une émission 12 par le terminal 70 de l'information tronquée dans un message à destination du réseau d'accès 80.
  • Une troisième étape du procédé 10 de géolocalisation comporte une estimation 13 d'une position géographique approximative du terminal 70 par le réseau d'accès, par exemple en utilisant une des méthodes évoquées précédemment.
  • Une quatrième étape du procédé 10 de géolocalisation comporte une extraction 14 par le réseau d'accès 80 de l'information tronquée à partir du message reçu en provenance du terminal 70.
  • Une cinquième étape du procédé 10 de géolocalisation comporte une détermination 15 par le réseau d'accès 80 de la position géographique précise du terminal 70 à partir de l'information tronquée et de la position géographique approximative.
  • Il convient de noter que l'ordre des étapes décrites ci-avant n'est pas nécessairement figé.
  • Dans le premier mode de mise en œuvre, la latitude Lat1 de la position géographique précise obtenue par le dispositif de positionnement du terminal 70 correspond par exemple à une valeur entière encodée sur N bits qui peut s'écrire sous la forme : Lat 1 = N 1 × 2 n + n 1
    Figure imgb0009
     où N1, n1, et n sont des nombres entiers positifs. Le nombre n1 correspond ainsi à la valeur encodée par les n bits de poids faible de la latitude Lat1 de la position géographique précise du terminal 70, tandis que le nombre N1 correspond à la valeur encodée par les (N-n) bits de poids fort de la latitude Lat1 de la position géographique précise du terminal 70.
  • La longitude Lng1 de la position géographique précise obtenue par le dispositif de positionnement du terminal 70 correspond par exemple à une valeur entière encodée sur M bits qui peut s'écrire sous la forme : Lng 1 = M 1 × 2 m + m 1
    Figure imgb0010
     où M1, m1, et m sont des nombres entiers positifs. Le nombre m1 correspond ainsi à la valeur encodée par les m bits de poids faible de la longitude Lng1 de la position géographique précise du terminal 70, tandis que le nombre M1 correspond à la valeur encodée par les (M-m) bits de poids fort de longitude Lng1 de la position géographique précise du terminal 70.
  • De manière similaire, la latitude Lat2 et la longitude Lng2 de la position géographique approximative estimée par le réseau d'accès 80 peuvent s'écrire sous la forme : Lat 2 = N 2 × 2 n + n 2
    Figure imgb0011
     Lng 2 = M 2 × 2 m + m 2
    Figure imgb0012
     où N2, n2, M2, et m2 sont des nombres entiers positifs, le nombre n2 correspond à la valeur encodée par les n bits de poids faible de la latitude Lat2 de la position géographique approximative du terminal 70 estimée par le réseau d'accès 80, le nombre N2 correspond à la valeur encodée par les (N-n) bits de poids fort de la latitude Lat2 de la position géographique approximative estimée, le nombre m2 correspond à la valeur encodée par les m bits de poids faible de la longitude Lng2 de la position géographique approximative estimée, et le nombre M2 correspond à la valeur encodée par les (M-m) bits de poids fort de la longitude Lng2 de la position géographique approximative estimée.
  • L'information tronquée comporte les n bits de poids faible de la latitude Lat1 et les m bits de poids faible de la longitude Lng1 de la position géographique précise obtenue par le terminal 70.
  • Lorsque le terminal 70 se déplace les bits de poids faible de la latitude Lat1 et de la longitude Lng1 de la position précise du terminal 70 varient plus rapidement que les bits de poids fort.
  • La figure 3 représente schématiquement un cas où n = 4. Il y a alors seize valeurs possibles pour le nombre n1 qui varie entre zéro et quinze. Lorsque le terminal 70 se déplace par exemple entre une première latitude de valeur N1 × 24 jusqu'à une deuxième latitude de valeur (N1 + 1) × 24, le nombre n1 prend successivement les valeurs zéro à quinze.
  • Le réseau d'accès 80 peut déterminer la position géographique précise du terminal 70 en utilisant d'une part les valeurs n1 et m1 déterminées à partir de l'information tronquée extraite du message reçu du terminal 70, et d'autre part les valeurs N2 et M2 déterminées à partir de la position géographique approximative du terminal 70 estimée par le réseau d'accès 80.
  • En supposant par exemple que la précision de la position géographique précise obtenue par le terminal 70 et la précision de la position géographique approximative estimée par le réseau d'accès 80 sont telles que quelle que soit la position du terminal 70 les formules ci-dessous sont vérifiées : Lat 1 − Lat 2 < 2 n − 1
    Figure imgb0013
     Lng 1 − Lng 2 < 2 m − 1
    Figure imgb0014
     alors, le réseau d'accès 80 peut déterminer la latitude Lat1 et la longitude Lng1 de la position géographique précise du terminal 70 comme suit : Lat 1 = { N 2 + 1 × 2 n + n 1 si n 1 − n 2 ≤ − 1 × 2 n − 1 N 2 − 1 × 2 n + n 1 si n 1 − n 2 ≥ 2 n − 1 N 2 × 2 n + n 1 sinon
    Figure imgb0015
     Lng 1 = { M 2 + 1 × 2 m + m 1 si m 1 − m 2 ≤ − 1 × 2 m − 1 M 2 − 1 × 2 m + m 1 si m 1 − m 2 ≥ 2 m − 1 M 2 × 2 m + m 1 sinon
    Figure imgb0016
  • Les figures 3 et 4 aident à mieux comprendre ces calculs.
  • Sur la figure 3, la formule (1) implique que le nombre n2 prend nécessairement une valeur dans l'intervalle I1. Si n2 prend une valeur dans le sous-intervalle I2 pour lequel (n1 - n2) ≤ (-1) × 2(n-1) , alors cela signifie que N2 = (N1 - 1). Sinon, cela signifie que N2 = N1.
  • Sur la figure 4, la formule (1) implique que le nombre n2 prend une valeur dans le sous-intervalle I3. Si n2 prend une valeur dans l'intervalle I4 pour lequel (n1 - n2) ≥ 2(n-1) , alors cela signifie que N2 = (N1 + 1). Sinon, cela signifie que N2 = N1.
  • Il convient de noter que ce qui est décrit ci-dessus pour la latitude en référence aux figures 3 et 4 s'appliquent de manière similaire pour la longitude.
  • Il apparaît ainsi que le réseau d'accès 80 peut déterminer la position géographique précise (Lat1 , Lng1) du terminal 70 à partir d'une part de l'information tronquée émise par le terminal 70 et d'autre part de la position géographique approximative du terminal 70 estimée par le réseau d'accès 80.
  • Il est ainsi possible pour le réseau d'accès 80 d'obtenir une position géographique précise du terminal 70 sans que le terminal 70 n'ait à émettre cette position géographique en entier. Il est ainsi possible de limiter la taille du message contenant l'information sur la position géographique du terminal 70 sans réduire la précision de la géolocalisation. Ceci permet alors d'optimiser la capacité du réseau ainsi que la consommation électrique du terminal 70.
  • Les nombres n et m peuvent être choisis en fonction de la précision de la position géographique approximative estimée par le réseau d'accès 80 et la précision de la position géographique précise obtenue par le terminal 70, de sorte que les formules (1) et (2) sont vérifiées.
  • Prenons par exemple les hypothèses suivantes :
    • N = M = 24 bits,
    • la précision de la position géographique précise obtenue par le terminal 70 est telle qu'une distance d'erreur entre la position géographique exacte du terminal 70 et la position géographique précise mesurée par le dispositif de positionnement du terminal 70 est inférieure à cinq mètres au niveau de la surface du globe terrestre,
    • la précision de la position géographique approximative estimée par le réseau d'accès 80 est telle qu'une distance d'erreur entre la position géographique exacte du terminal 70 et la position géographique approximative estimée par le réseau d'accès 80 est inférieure à cent mètres au niveau de la surface du globe terrestre.
  • Avec de telles hypothèses, les formules (1) et (2) peuvent être vérifiées en choisissant n = m = 8. En effet, dans un tel cas, quelle que soit la position géographique du terminal 70, la distance au niveau de la surface du globe terrestre entre la position géographique précise obtenue par le terminal 70 et la position géographique approximative estimée par le réseau d'accès 80 est nécessairement inférieure à la somme de la distance d'erreur maximale (cinq mètres) pour la position géographique précise mesurée par le dispositif de positionnement du terminal 70 avec la distance d'erreur maximale (cent mètres) pour la position géographique approximative estimée par le réseau d'accès 80. Dans un tel cas, la latitude Lat1 et la longitude Lng1 de la position géographique précise obtenue par le terminal 70, et la latitude Lat2 et la longitude Lng2 de la position géographique approximative estimée par le réseau d'accès 80 sont nécessairement telles que : Lat 1 − Lat 2 < 100 + 5 × 2 23 − 1 110 000 × 90 ≈ 89,0
    Figure imgb0017
     Lng 1 − Lng 2 < 100 + 5 × 2 23 − 1 110 000 × 180 ≈ 44,5
    Figure imgb0018
  • Les formules (1) et (2) sont alors vérifiées en choisissant n = m = 8 (pour rappel, dans ces formules, le nombre 110 000 correspond à la distance approximative en mètres au niveau de la surface du globe terrestre correspondant à un degré d'arc).
  • Imaginons par exemple que la position géographique précise obtenue par le terminal 70 est : Lat 1 , Lng 1 = 0 x 3 E 03 D 7 , 0 x 01 06 D 1 .
    Figure imgb0019
     où la notation « Ox » indique une représentation hexadécimale.
  • Les étapes du procédé 10 de géolocalisation selon l'invention décrites en référence à la figure 2 se déclinent alors de la manière suivante.
  • Le procédé 10 comporte tout d'abord un calcul 11 par le terminal 70 d'une information tronquée comportant les n bits de poids faible de Lat1 et les m bits de poids faible de Lng1. Dans l'exemple considéré, on a :
    • Lat 1 = N 1 × 2 n + n 1, avec N1 = 0x 3E 03 et n1 = Ox D7
    • Lng 1 = M 1 × 2 m + m 1, avec M1 = Ox 01 06 et m1 = 0x D1
  • Les valeurs n1 et m1 correspondent respectivement aux valeurs encodées par les n bits de poids faible de la latitude Lat1 et les m bits de poids faible de la longitude Lng1 de la position géographique précise obtenue par le terminal 70.
  • Le procédé 10 comporte ensuite une émission 12 par le terminal 70 de l'information tronquée dans un message à destination du réseau d'accès 80. Les n bits de poids faible de la latitude Lat1 et les m bits de poids faible de la longitude Lng1 de la position géographique précise obtenue par le terminal 70 sont ainsi inclus dans un message émis à destination du réseau d'accès 80.
  • Le procédé 10 comporte ensuite une estimation 13 d'une position géographique approximative du terminal 70 par le réseau d'accès. Par exemple, la position géographique approximative estimée par le réseau d'accès 80 est : Lat 2 , Lng 2 = 0 x 3E 04 1A , 0x 01 06 6D
    Figure imgb0020
  • Dans l'exemple considéré, on a donc :
    • Lat 2 = N 2 × 2 n + n 2, avec N2 = 0x 3E 04 et n2 = 0x 1A
    • Lng 2 = M 2 × 2 m + m 2, avec M2 = 0x 01 06 et m2 = 0x 6D
  • Le procédé 10 comporte ensuite une extraction 14 par le réseau d'accès 80, à partir du message reçu en provenance du terminal 70, de l'information tronquée.
  • Le procédé 10 comporte ensuite une détermination 15 par le réseau d'accès 80 de la position géographique précise du terminal 70 à partir de l'information tronquée et de la position géographique approximative en utilisant les formules (3) et (4) : n 1 − n 2 = 189 > 2 7 = > Lat 1 = N 2 − 1 × 2 n + n 1
    Figure imgb0021
     m 1 − m 2 = 100 < 2 7 = > Lng 1 = M 2 × 2 m + m 1
    Figure imgb0022
  • On retrouve alors : Lat 1 , Lng 1 = 0 x 3 E 03 D 7 , 0 x 01 06 D 1 = 43,60 ° N , 1,44 ° E
    Figure imgb0023
  • Dans l'exemple précédent, le procédé 10 de géolocalisation selon l'invention permet de réduire la taille des données émises par le terminal 70 au réseau d'accès 80 (seulement 16 bits transmis au lieu 48 bits) tout en conservant une précision de géolocalisation équivalente.
  • Selon un autre exemple, le procédé 10 selon l'invention peut permettre d'augmenter la précision de géolocalisation du terminal 70 en conservant la même quantité de données émises. Par exemple, en choisissant N = M = 32 et n = m = 24, il est possible de définir une position géographique du terminal 70 avec une précision de l'ordre du centimètre (sous réserve que le dispositif de positionnement du terminal 70 permette une telle précision), et une précision de l'ordre de 35 kms est alors suffisante pour l'estimation de la position géographique approximative par le réseau d'accès 80.
  • Un autre avantage du procédé 10 de géolocalisation selon l'invention est qu'il ajoute de la confidentialité dans les données transmises dans la mesure où l'information tronquée émise dans un message par le terminal 70 à destination du réseau d'accès 80 n'est pas suffisante pour déterminer à elle seule la position du terminal 70. Ainsi, si le message était intercepté par une entité malveillante, cette dernière ne serait pas capable de déterminer la position du terminal 70 à partir du contenu du message intercepté.
  • Il convient de noter que le premier mode de mise en œuvre décrit ci-avant n'est qu'un exemple nullement limitatif, et que d'autres variantes sont par conséquent envisageables.
  • Par exemple, dans un deuxième mode de mise en œuvre, la position géographique du terminal 70 comporte un identifiant de région et un identifiant de zone. La figure 5 représente schématiquement un quadrillage d'un territoire géographique en différentes régions R1 à R4 et différentes zones Z1 à Z9. Le territoire est tout d'abord découpé en différentes régions R1 à R4 en forme de carré. Les différentes régions R1 à R4 ont toutes les mêmes dimensions. Chaque région est ensuite découpée en différentes zones Z1 à Z9. Elles sont elles aussi en forme de carré et présentent toutes des dimensions identiques. Tel qu'illustré sur la figure 5, les différentes zones Z1 à Z4 sont numérotées selon un schéma identique dans chaque région R1 à R4. Dans l'exemple représenté à la figure 5, il y a seulement quatre régions R1 à R4 et chaque région R1 à R4 comporte neuf zones Z1 à Z9. Il serait bien entendu envisageable d'utiliser un plus grand nombre de régions et/ou un plus grand nombre de zones et/ou des formes différentes de zone et/ou de région.
  • Dans ce deuxième mode de mise en œuvre, le terminal 70 possède un dispositif de positionnement qui permet de déterminer dans quelle région R1 à R4 et dans quelle zone Z1 à Z9 de cette région le terminal 70 est situé. Sur l'exemple représenté à la figure 5, le terminal 70 est situé à la position géographique exacte P dans la zone R3/Z6, et la précision du dispositif de positionnement du terminal 70 est telle que la position géographique précise dudit terminal 70 obtenue par le dispositif de positionnement est à l'intérieur du cercle C1. Sur cet exemple, la position géographique précise obtenue par le terminal 70 est donc soit R3/Z3 soit R3/Z6. La précision de l'estimation de la position géographique approximative du terminal 70 par le réseau d'accès 80 est telle qu'elle se trouve à l'intérieur du cercle C2. Sur cet exemple, la position géographique approximative obtenue par le terminal 70 est donc une parmi R3/Z2, R3/Z3, R4/Z1, R3/Z5, R3/Z6, R4/Z4 ou R3/Z9.
  • Chaque région R1 à R4 et chaque zone Z1 à Z9 possède par exemple un identifiant. Chaque identifiant de région R1 à R4 est unique, et chaque identifiant d'une zone Z1 à Z9 est unique au sein d'une même région R1 à R4. Dans l'exemple considéré, il est possible d'encoder un identifiant de région R1 à R4 sur deux bits (puisqu'il y a quatre valeurs différentes à encoder) et un identifiant de zone Z1 à Z9 sur quatre bits (puisqu'il y a 9 valeurs à encoder). Une position géographique peut être décomposée en deux parties : un identifiant de région et un identifiant de zone. Lorsque le terminal 70 se déplace, l'identifiant de zone varie plus rapidement que l'identifiant de région. L'information tronquée calculée par le terminal 70 correspond à l'identifiant de zone. Cette information tronquée est émise dans un message à destination du réseau d'accès 80.
  • Si la précision de l'estimation de la position géographique approximative est suffisante, le réseau d'accès 80 est alors capable de déterminer quelle région R1 à R4 et quelle zone Z1 à Z9 de cette région correspondent à la position géographique précise obtenue par le terminal 70 à partir d'une part de l'information tronquée émise par le terminal 70 et d'autre part de la position géographique approximative estimée par le réseau d'accès 80.
  • En effet, dans l'exemple considéré, il suffit que la précision de la position géographique approximative estimée par le réseau d'accès 80 soit telle que le cercle C2 présente un rayon inférieur à un côté d'une zone Z1 à Z9, de telle sorte que le cercle C2 ne peut pas inclure deux portions de zone Z1 à Z9 ayant le même identifiant. Le réseau d'accès 80 peut alors déterminer la position géographique précise du terminal 70 comme étant la zone Z1 à Z9 la plus proche de la position approximative estimée par le réseau d'accès 80 qui a le même identifiant de zone que celui correspondant à l'information tronquée émise par le terminal 70.
  • Là encore, le réseau d'accès 80 est capable de déterminer une position géographique précise du terminal 70 à partir d'une information tronquée émise par le terminal 70 et d'une position géographique approximative du terminal 70 estimée par le réseau d'accès 80.
  • La description ci-avant illustre clairement que, par ses différentes caractéristiques et leurs avantages, la présente invention atteint les objectifs fixés. En particulier, elle permet de déterminer la position géographique d'un terminal 70 d'un système 60 de communication sans fil de manière précise tout en limitant la quantité d'information échangée entre le terminal 70 et un réseau d'accès 80 dudit système 60 de communication.
  • L'invention s'applique particulièrement bien aux systèmes de communication sans fil de type IoT pour des applications nécessitant de la géolocalisation. L'invention peut néanmoins s'appliquer à d'autres types de systèmes de communication sans fil pour lesquels il peut être avantageux de limiter la taille des données émises par un terminal qui sont nécessaires au système pour le géolocaliser avec une précision suffisante.

Claims (9)

  1. Procédé (10) de géolocalisation d'un terminal (70) d'un système (60) de communication sans fil, ledit système (60) de communication sans fil comprenant un réseau d'accès (80) configuré pour estimer une position géographique approximative dudit terminal (70), le terminal (70) comprenant un dispositif de positionnement permettant d'obtenir une position géographique précise du terminal (70) dont la précision est meilleure que la précision de la position géographique approximative estimée par le réseau d'accès (80), le procédé (10) étant caractérisé en ce que ledit procédé (10) comporte :
    - un calcul (11) par le terminal (70) d'une information tronquée de la position géographique précise en décomposant ladite position géographique précise en une première partie et une seconde partie, la première partie variant moins vite que la seconde partie lors d'un déplacement du terminal (70), l'information tronquée étant représentative de la seconde partie de la position géographique précise,
    - une émission (12) par le terminal (70) de l'information tronquée dans un message à destination du réseau d'accès (80),
    - une estimation (13) de la position géographique approximative du terminal (70) par le réseau d'accès (80),
    - une extraction (14) par le réseau d'accès de l'information tronquée à partir du message reçu en provenance du terminal (70),
    - une détermination (15) par le réseau d'accès (80) de la position géographique précise du terminal (70) à partir de l'information tronquée et de la position géographique approximative.
  2. Procédé (10) selon la revendication 1 dans lequel la position géographique comprend une latitude et une longitude en tant que coordonnées géographiques.
  3. Procédé (10) selon la revendication 2 dans lequel :
    - la latitude et la longitude correspondent chacune à une valeur encodée respectivement sur N et M bits,
    - la latitude Lat1 et la longitude Lng1 de la position géographique précise obtenue par le terminal (70) s'écrivent sous la forme : Lat 1 = N 1 × 2 n + n 1
    Figure imgb0024
     Lng 1 = M 1 × 2 m + m 1
    Figure imgb0025
     où N1, n1, n, M1, m1 et m sont des nombres entiers positifs, n1 et m1 correspondant respectivement aux n bits de poids faible de la latitude Lat1 et aux m bits de poids faible de la longitude Lng1 de la position géographique précise obtenue par le terminal (70),
    - la latitude Lat2 et la longitude Lng2 de la position géographique approximative estimée par le réseau d'accès (80) s'écrivent sous la forme : Lat 2 = N 2 × 2 n + n 2
    Figure imgb0026
     Lng 2 = M 2 × 2 m + m 2
    Figure imgb0027
     où N2, n2, M2 et m2 sont des nombres entiers positifs, n2 et m2 correspondant respectivement aux n bits de poids faible de la latitude Lat2 et aux m bits de poids faible de la longitude Lng2 de la position géographique approximative estimée par le réseau d'accès (80),
    - l'information tronquée comporte les n bits de poids faible de la latitude Lat1 et les m bits de poids faible de la longitude Lng1 de la position géographique précise obtenue par le terminal (70),
    - la détermination par le réseau d'accès (80) de la position géographique précise du terminal (70) à partir de l'information tronquée et de la position géographique approximative comprend :
    ∘ une détermination de la latitude Lat1 en fonction de N2 et de n1,
    ∘ une détermination de la longitude Lng1 en fonction de M2 et de m1.
  4. Procédé (10) selon la revendication 3 dans lequel :
    - les nombres n et m sont choisis de sorte que la précision de la position géographique approximative estimée par le réseau d'accès est telle que quelle que soit la position géographique du terminal (70) les formules suivantes sont vérifiées : Lat 1 − Lat 2 < 2 n − 1
    Figure imgb0028
     Lng 1 − Lng 2 < 2 m − 1
    Figure imgb0029
    - la détermination par le réseau d'accès (80) de la position géographique précise du terminal (70) à partir de l'information tronquée et de la position géographique approximative comprend :
    ∘ une détermination de la latitude Lat1 selon : Lat 1 = { N 2 + 1 × 2 n + n 1 si n 1 − n 2 ≤ − 1 × 2 n − 1 N 2 − 1 × 2 n + n 1 si n 1 − n 2 ≥ 2 n − 1 N 2 × 2 n + n 1 sinon
    Figure imgb0030
    ∘ une détermination de la longitude Lng1 selon : Lng 1 = { M 2 + 1 × 2 m + m 1 si m 1 − m 2 ≤ − 1 × 2 m − 1 M 2 − 1 × 2 m + m 1 si m 1 − m 2 ≥ 2 m − 1 M 2 × 2 m + m 1 sinon
    Figure imgb0031
  5. Procédé (10) selon l'une des revendications 1 à 4 dans lequel l'estimation (13) de la position géographique approximative par le réseau d'accès (80) est obtenue par une des méthodes suivantes :
    - une méthode de multilatération basée sur le temps de propagation d'un signal radio échangé entre le terminal (70) et le réseau d'accès (80),
    - une méthode de multilatération basée sur un niveau de puissance reçue pour un signal radio échangé entre le terminal (70) et le réseau d'accès (80),
    - une détermination de la position géographique du terminal (70) à partir de la position géographique d'une ou plusieurs stations de base (81) sous la couverture desquelles se trouve le terminal (70),
    - une méthode d'apprentissage automatique permettant d'associer une signature radio à une position géographique.
  6. Procédé (10) selon l'une des revendications 1 à 5 dans lequel le réseau d'accès (80) est un réseau étendu sans fil basse consommation.
  7. Terminal (70) d'un système (60) de communication sans fil comportant un dispositif de positionnement permettant d'obtenir une position géographique précise du terminal (70), le terminal (70) étant configuré pour :
    - calculer une information tronquée de la position géographique précise en décomposant ladite position géographique précise en une première partie et une seconde partie, la première partie variant moins vite que la seconde partie lors d'un déplacement du terminal (70), l'information tronquée étant représentative de la seconde partie de la position géographique précise,
    - émettre l'information tronquée dans un message à destination d'un réseau d'accès (80) du système de communication sans fil.
  8. Réseau d'accès (80) d'un système (60) de communication sans fil, ledit système (60) de communication sans fil comprenant un terminal (70) selon la revendication 7, le réseau d'accès étant configuré pour :
    - estimer une position géographique approximative du terminal (70),
    - extraire l'information tronquée à partir du message reçu en provenance du terminal (70),
    - déterminer la position géographique précise du terminal (70) à partir de l'information tronquée et de la position géographique approximative.
  9. Système (60) de communication sans fil comprenant un terminal selon la revendication 7 et un réseau d'accès selon la revendication 8.
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